碳材料表面固固界面调控

【作者】 李峰； 王宇作； 单旭意； 成会明；

【机构】 中国科学院金属研究所；

【摘要】 碳材料的稳定电位区间决定了电化学电容器的能量密度。在常用的酯类电解液中,碳材料的稳定电位低于电解液的氧化电位4.3 V(vs. Li/Li+),高于电解液的还原电位1.5 V。当工作电位超过上、下限时,电解液会发生剧烈的分解反应,而导致碳材料电极的比电容迅速衰减。通过电化学包覆的方法,构筑了电极/固态电解质的固/固界面,可有效抑制电解液的分解,从而拓宽碳材料的稳定电位区间。对碳材料进行电化学包覆,构筑了稳定的低电位固/固界面,将碳材料的稳定电位下限拓宽。该方法适用于多种碳材料。在固/固界面表征结果与认识的基础上,提出了新型的固/固界面双电层模型,即由去溶剂化离子吸附在电极表面形成双电层。相较于固/液界面双电层,固/固界面双电层具有较小的亥姆霍兹层厚度,可提高碳材料的比电容;同时,电极表面和离子之间具有较强的相互作用,可降低碳材料的自放电速率。基于固/固界面双电层的认识,构筑了高性能的石墨烯锂离子电容器。该器件可以稳定循环,并可达到电池水平的能量密度,实现高功率输出。此外,相较于固/液界面的石墨烯锂离子电容器,该器件的自放电速率降低一半,能量效率提高一倍。更多还原